CN103973195A - 逆变器装置、逆变器装置的控制方法和电动机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种逆变器装置、逆变器装置的控制方法和电动机驱动系统。逆变器装置被构造为当AC电动机的转子的转速处于由用于在第一绕组与第二绕组之间切换电枢绕组的状态的第一和第二切换时刻定义的滞后区域内时并且当当前绕组不同于最优绕组时将当前绕组切换到最优绕组。

Description

逆变器装置、逆变器装置的控制方法和电动机驱动系统

技术领域

本发明涉及一种逆变器装置、逆变器装置的控制方法和电动机驱动系统。特别地，本发明涉及一种用于切换AC电动机的电枢绕组的技术。

背景技术

到目前为止，已知通过切换AC电动机的电枢绕组使能从低速区到高速区的宽范围内运转的绕组切换方法。

日本专利申请特开平5-3694公开了一种可变速驱动方法，其涉及利用用于车辆驱动等等的逆变器装置切换同步电动机的绕组连接，其中，通过在绕组连接的切换时刻设置滞后区域来实现稳定的驱动。具体地，在上述可变速驱动方法中，从星形连接到三角连接的切换时刻被设置为速度水平Vo（基础速度N1），而将从三角连接到星形连接的切换时刻设置为低于Vo的速度水平Vo’，并且因此，在切换时刻中设置滞后区域。

然而，在日本专利申请特开平5-3694中描述的方法没有在滞后区域（Vo至Vo’）中执行绕组的切换。因此，例如，当车辆在滞后区域中连续地驱动时，同步电动机的能量效率会劣化。例如，假设车辆速度增加以将绕组连接从低速绕组切换到高速绕组，并且之后，在滞后区域中在高速绕组的状态下持续地长时间驱动车辆。在该情况下，在利用低速绕组进行驱动的情况下，会消耗更大的电流。

鉴于上述问题已经做出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种逆变器装置、逆变器装置的控制方法和电动机驱动系统，其在绕组切换特性具有滞后特性的情况下甚至在滞后区域中也能够执行绕组的适当切换。

发明内容

为了解决上述问题，根据本发明的示例性实施方式，提供了一种逆变器装置，其连接到AC电动机的电枢绕组，并且被构造为控制AC电动机，逆变器装置包括：绕组切换信号生成器，其被构造为将在基于AC电动机的转子的转速确定的第一绕组和第二绕组的切换时刻中具有滞后特性的绕组切换信号输出到绕组切换器，该绕组切换器被构造为切换电枢绕组的连接，从而电枢绕组的状态能够在第一绕组和第二绕组之间切换，其中，绕组切换信号生成器包括：滞后区域判断部，其被构造为判断转速是否处于由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；绕组比较器，其被构造为当转速处于滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及绕组切换信号输出部，其被构造为当转速处于滞后区域内时并且当当前绕组不同于最优绕组时，输出绕组切换信号使得当前绕组被切换到最优绕组。

为了解决上述问题，根据本发明的示例性实施方式，提供了一种用于控制AC电动机的逆变器装置的控制方法，该控制方法包括：判断AC电动机的转子的转速是否处于用于在第一绕组与第二绕组之间切换AC电动机的电枢绕组的状态的由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；当转速处于滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及当转速处于滞后区域内时并且当当前绕组不同于最优绕组时，向被绕组切换器输出绕组切换信号，该绕组切换器构造为在第一绕组与第二绕组之间切换电枢绕组的状态使得当前绕组被切换到最优绕组。

为了解决上述问题，根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电动机驱动系统，其包括：AC电动机；逆变器装置，其连接到AC电动机的电枢绕组并且被构造为控制AC电动机；以及绕组切换器，其被构造为切换电枢绕组的连接，其中：逆变器装置包括：绕组切换信号生成器，其被构造为将在基于AC电动机的转子的转速确定的第一绕组和第二绕组的切换时刻中具有滞后特性的绕组切换信号输出到绕组切换器，该绕组切换器被构造为切换电枢绕组的连接，从而电枢绕组的状态能够在第一绕组和第二绕组之间切换；绕组切换信号生成器包括：滞后区域判断部，其被构造为判断转速是否处于由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；绕组比较器，其被构造为当转速处于滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及绕组切换信号输出部，其被构造为当转速处于滞后区域内时并且当当前绕组不同于最优绕组时，输出绕组切换信号使得当前绕组被切换到最优绕组；并且绕组切换器被构造为基于绕组切换信号将AC电动机的电枢绕组的状态切换到第一绕组与第二绕组中的一个。

附图说明

图1是示出电动机驱动系统的示意性结构的框图。

图2是示出逆变器装置的示意性结构的框图。

图3是示出绕组切换器的示意性结构的电路图。

图4是示出绕组切换信号生成器的结构的框图。

图5A是示出表的示例的图。

图5B是示出表的示例的图。

图6是描述确定最优绕组的方法的图。

图7是示出绕组切换信号生成器的操作的示例的流程图。

图8是示出图6的情况3中的时间和转速之间的关系的曲线图。

图9是示出时间和绕组状态之间的关系的曲线图。

图10是示出根据修改示例1的绕组切换信号生成器的操作的示例的流程图。

图11A是用于描述确定最优绕组的方法的图。

图11B是用于描述确定最优绕组的方法的图。

图12是示出恒定输出控制器的结构的框图。

图13是示出电流控制器的结构的框图。

图14是示出电流指令计算器的结构的框图。

具体实施方式

在下面参考附图描述本发明的实施方式。

图1是示出电动机驱动系统100的示意性结构的框图。

如图1中所示，电动机驱动系统100包括逆变器装置20、AC电动机40、位置检测器41、绕组切换器60和DC电压源80。

逆变器装置20是用于将从DC电压源80提供的DC电力转换为三相AC电力的电力转换装置。逆变器装置20连接到分别布置在AC电动机40的各相的电枢绕组（下面有时简单地称为“绕组”）的一端处的连接端子A1至A3。注意的是，在该实施方式中描述了同步电动机作为AC电动机40的示例，但是AC电动机40可以是诸如感生电动机的另外的电动机，并且不限于同步电动机。

位置检测器41是连接到AC电动机40以检测AC电动机40的转子相位θ的检测器。作为位置检测器41，例如能使用编码器、分析器等等。

DC电压源80包括AC电源和整流器电路，并且将DC电力提供给逆变器装置20。作为DC电压源80，能够使用不具有整流器电路的诸如电池的DC电源。

绕组切换器60是用于切换各相的电枢绕组连接的切换器。

接下来，参考图3描述绕组切换器60的具体结构。

（绕组切换器60的结构示例）

图3是示出绕组切换器60的示意性结构的电路图。绕组切换器60包括连接到AC电动机40的连接端子B1至B3的第一切换器61和连接到连接端子A4至A6的第二切换器62。使用第一切换器61和第二切换器62，绕组切换器60使AC电动机40的电枢绕组的末端端子或中间点短路以切换AC电动机40的绕组连接。

绕组切换器60具有与日本专利No.3948009的图1中所示的绕组切换器基本相同的结构。绕组切换器60包括分别用于第一切换器61和第二切换器62的电容器（C1和C2）以及电阻器（R1和R2），以有效地吸收由于绕组切换释放出的能量产生的浪涌电压。

绕组切换器60从逆变器装置20接收将在下面描述的绕组切换信号，从而第一切换器61的SW1断开而第二切换器62的SW2接通。然后，电枢绕组的末端端子（连接端子A4至A6）被短路，从而绕组阻抗变为最大。该状态在下面被称为“低速模式”。另一方面，当绕组切换器60接收到绕组切换信号使得第一切换器61的SW1接通而第二切换器62的SW2断开时，电枢绕组的中间点被短路使得绕组阻抗降低。该状态在下面称为“高速模式”。对应于低速模式的绕组状态在下面被称为“低速绕组”，而对应于高速模式的绕组状态在下面被称为“高速绕组”。

以该方式，绕组切换器60从逆变器装置20接收绕组切换信号以在低速绕组与高速绕组之间进行切换。因此，电动机驱动系统100根据速度切换电动机常数以使得能够在整个速度区域中实现高效运行。另外，在电动机驱动系统100中，为了增强AC电动机40的运行稳定性，绕组切换特性具有滞后特性。在下面描述用于切换具有滞后特性的绕组的具体结构。

（逆变器装置20的结构）

参考图2描述逆变器装置20的结构。如图2中所示，逆变器装置20包括扭矩指令生成器1、电流指令计算器2、电流控制器3、脉宽调制（PWM）控制器4、电流检测器5和A/D转换器6。此外，逆变器装置20包括电压检测器7、恒定输出控制器8、速度计算器9、绕组切换信号生成器10、常数切换器11和输入端子13a和13b。

扭矩指令生成器1是用于生成作为从AC电动机40输出的扭矩量的目标值的扭矩指令T_ref并且将扭矩指令T_ref输出到电流指令计算器2和绕组切换信号生成器10的处理器。

电流指令计算器2是用于基于从扭矩指令生成器1输出的扭矩指令T_ref、从常数切换器11输出的电动机常数和控制参数以及从恒定输出控制器8输出的恒定输出量Id_refc生成d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref的处理器。电流指令计算器2将所生成的d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Id_ref输出到电流控制器3。在下面参考图14描述电流指令计算器2的具体结构。

电流控制器3是用于控制对应于从电流指令计算器2输出的d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref的电流流到AC电动机40以生成电压指令Vd_ref和Vq_ref的处理器。另外，电流控制器3还执行将所生成的电压指令Vd_ref和Vq_ref转换为各相（U相、V相和W相）的电压指令Vu_ref、Vv_ref和Vw_ref的处理。然后，电流控制器3将电压指令Vd_ref和Vq_ref输出到恒定输出控制器8并且将电压指令Vu_ref、Vv_ref和Vw_ref输出到PWM控制器4。在下面参考图13描述电流控制器3的具体结构。

PWM控制器4是用于根据载波信号（未示出）和从电流控制器3输出的各相（U相、V相和W相）的电压指令Vu_ref、Vv_ref和Vw_ref执行脉宽调制控制（PWM控制）以将具有可变频率的可变电压提供到AC电动机40的处理器。PWM控制器4包括切换元件部（未示出）。切换元件部执行从DC电压源80提供的DC电力的电力转换并且将转换后的电力提供到AC电动机40。

电流检测器5是用于检测流过AC电动机40的绕组的电流的检测器。由电流检测器5检测到的电流被输出到A/D转换器6。

A/D转换器6是用于将由电流检测器5检测到的电流转换为数字信号的转换器。由A/D转换器6转换为数字信号的电流的检测值Iu_fb和Iv_fb被输出到电流控制器3。

电压检测器7是用于检测DC电压源80的电势（电源电压V）（具体地，连接到DC电压源80的逆变器装置20的输入端子13a和13b之间的电势）的检测器。电压检测器7将检测值作为DC电压值输出到恒定输出控制器8和绕组切换信号生成器10。

恒定输出控制器8是用于基于从电流控制器3输出的电压指令Vd_ref和Vq_ref和基于当电压指令达到最高电压时从电压检测器7输出的DC电压值的能够输出的最高电压计算恒定输出量Id_refc的处理器。恒定输出量Id_refc用于场弱化控制。在下面参考图12描述恒定输出控制器8的具体结构。

速度计算器9是用于基于从位置检测器41输出的转子相位θ计算AC电动机40的转子的转速ω的计算器。计算出的转速ω被输出到绕组切换信号生成器10。

绕组切换信号生成器10是用于通过将绕组切换信号输出到绕组切换器60来执行低速绕组与高速绕组之间的切换的处理器。具体地，绕组切换信号生成器10基于从速度计算器9输出的转速ω、从扭矩指令生成器1输出的扭矩指令T_ref、从电压检测器7输出的DC电压值等等来确定最优绕组，并且将用于切换到所确定的绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60和常数切换器11。在下面描述绕组切换信号生成器10的具体结构。

常数切换器11保持电动机常数和用于低速模式（绕组1）和用于高速模式（绕组2）的控制参数数据，将根据从绕组切换信号生成器10输出的绕组切换信号选择的数据输出到电流指令计算器2，并且切换到与AC电动机40的绕组状态匹配的电动机常数和控制参数。注意的是，作为由常数切换器11保持的电动机常数和控制参数，例如有，扭矩电流转换系数（K）、电流相位（β）、电枢绕组电感值（Ld和Lq）、电枢磁链（Φ）和电枢绕组电阻（R）。常数切换器11可以保持电动机常数和控制参数数据中的任一个。

利用上述结构，逆变器装置20基于扭矩指令T_ref驱动AC电动机40。

在下面，参考图4、12、13和14描述绕组切换信号生成器10、恒定输出控制器8、电流控制器3和电流指令计算器2的具体结构。

（绕组切换信号生成器10的结构）

参考图4描述绕组切换信号生成器10的具体结构。图4是示出绕组切换信号生成器10的结构的框图。如图4中所示，绕组切换信号生成器10包括当前绕组判断部101、速度判断部102、滞后区域判断部103、绕组确定部104、绕组比较器105、时间判断部106和绕组切换信号输出部107。

当前绕组判断部101判断当前绕组状态（当前绕组）是低速绕组还是高速绕组。例如，当前绕组判断部101基于绕组切换信号判断当前绕组是低速绕组还是高速绕组。当前绕组判断判断部101将判断结果输出到速度判断部102、绕组确定部104和绕组比较器105。

速度判断部102基于当前绕组判断部101的判断结果判断AC电动机40的转子的转速ω是否低于第一基准转速ωa，并且判断转速ω是否高于第二基准转速ωb。具体地，当当前绕组是低速绕组时，速度判断部102判断转速ω是否高于第二基准转速ωb。当当前绕组是高速绕组时，速度判断部102判断转速ω是否低于第一基准转速ωa。速度判断部102将判断结果输出到滞后区域判断部103、时间判断部106和绕组切换信号输出部107。

在该情况下，第一基准转速ωa是将作为用于从高速绕组切换到低速绕组的基准（绕组切换时刻）的速度。第二基准转速ωb是将作为用于从低速绕组切换到高速绕组的基准（绕组切换时刻）的速度。第一基准转速ωa和第二基准转速ωb是根据AC电动机40的特性预先设置的值，并且满足关系ωa＜ωb。因此，从第一基准转速ωa到第二基准转速ωb的范围是滞后区域。

滞后区域判断部103判断转速ω是否处于从第一基准转速ωa到第二基准转速ωb的范围（滞后区域）内。滞后区域判断部103将判断结果输出到绕组确定部104和时间判断部106。

绕组确定部104接收当前绕组判断部101的判断结果和滞后区域判断部103的判断结果（指示转速ω处于滞后区域），并且然后确定最优绕组。换言之，绕组确定部104确定低速绕组和高速绕组中使得AC电动机40的能量效率变为最优的一个。具体地，例如，绕组确定部104参考存储部104a中存储的表以确定最优绕组。绕组确定部104将所确定的最优绕组的信息输出到绕组比较器105。

通过参考其中当前绕组与例如转速ω、扭矩T和电源电压V或另一元素（例如，温度）中的任一元素关联的表确定最优绕组。图5A和图5B均示出了存储部104a中存储的用于确定最优绕组的表的示例。图5A中所示的表是用于基于当前绕组、转速ω、扭矩T和电源电压V确定最优绕组的表。在图5B中所示的表中，电源电压V为常量（Va）。图5B的表用于电源电压V的变化能够忽略的情况或者电源电压V被控制为恒定的情况。图5A和图5B的表是基于图6中所示的用于确定最优绕组的曲线生成图5A和图5B的表。

图6是示出确定最优绕组的方法的图（曲线的示例）。优选的是，准备针对电源电压V的各值的多种类型的曲线。根据电源电压V，场弱化控制开始时的转速ω被改变，并且因此，在AC电动机40中流动的电流的相位改变（d轴电流Id和q轴电流Iq的大小改变）。因此，AC电动机40的能量效率改变，并且因此，优选的是，准备针对电源电压V的各值的曲线以便于支持上述改变。注意的是，图6示出了例如电源电压V为Va的情况。

在准备的曲线中，滞后区域中的切换线S（图6）被设置为使得AC电动机40的能量效率最优。在图6中所示的滞后区域内，切换线S的右侧的区域（其中转速ω为高的高速区域）指示高速绕组具有比低速绕组更高的AC电动机40的能量效率的区域，并且切换线S的左侧的区域（其中转速ω为低的低速区）指示低速绕组比高速绕组具有更高的AC电动机40的能量效率。

接下来，参考图5B和图6，利用AC电动机40的驱动方式的示例描述用于判断最优绕组的方法。图6示出了情况1至4作为AC电动机40的驱动方式的示例，其分别对应于图5B的表中的情况1至4。注意的是，图5B和图6示出了用于基于AC电动机40的转子的转速ω和扭矩T确定最优绕组的结构。

在情况1，转速ω超过第二基准转速ωb并且从低速绕组切换到高速绕组（当前绕组）。之后，转速ω改变到低速一侧以进入滞后区域，并且在滞后区域内保持在高速区域中。在该情况下，由于高速绕组比低速绕组具有更高的AC电动机40的能量效率，因此，高速绕组被确定为最优绕组。

在情况2，当前绕组为低速绕组，并且转速ω在滞后区域中超过了切换线S以保持在高速区域中。在该情况下，由于高速绕组具有比低速绕组更高的AC电动机40的能量效率，因此，高速绕组被确定为最优绕组。

在情况3，转速ω超过第二基准转速ωb并且从低速绕组切换到高速绕组（当前绕组）。之后，转速ω改变到低速侧以进入滞后区域，并且进一步超过切换线S以保持在滞后区域内的低速区域中。在该情况下，由于低速绕组具有比高速绕组更高的AC电动机40的能量效率，因此，低速绕组被确定为最优绕组。

在情况4，当前绕组为低速绕组，并且转速ω保持在滞后区域内的低速区域中。在该情况下，由于低速绕组具有比高速绕组更高的AC电动机40的能量效率，因此，低速绕组被确定为最优绕组。

绕组比较器105比较由当前绕组判断部101判断的当前绕组与由绕组确定部104确定的最优绕组以判断绕组是否彼此不同。绕组比较器105将比较结果输出到时间判断部106。

当时间判断部106从绕组比较105接收到指示当前绕组与最优绕组彼此不同的判断结果时，时间判断部106执行时间测量，并且判断当前转速ω处于滞后区域内并且当前绕组不同于最优绕组的状态是否已经持续了预置的预定时间。具体地，时间判断部106对时间进行测量，直到满足下述条件（a）至（d）中的至少一个：（a）已经过去了预定时间的情况；（b）当当前绕组是低速绕组时，从速度判断部102接收到指示转速ω高于第二基准转速ωb的判断结果的情况，或者当当前绕组是高速绕组时，从速度判断部102接收到指示转速ω低于第一基准转速ωa的判断结果的情况；（c）从滞后区域判断部103接收到指示当前转速ω没有处于滞后区域内的判断结果的情况；以及（d）从绕组比较器105接收到指示当前绕组与最优绕组相同的判断结果的情况。然后，当测量时间值等于预定时间（当测量时间值=预定时间）时，判断已经过去了预定时间。当测量时间值小于预定时间时（当测量时间值＜预定时间时）。判断预定时间还没有过去。时间判断部106将判断结果输出到绕组切换信号输出部107。

绕组切换信号输出部107基于速度判断部102的判断结果和时间判断部106的判断结果确定绕组切换时刻，并且将绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101。绕组切换信号是用于断开第一切换器61的SW1同时接通第二切换器62的SW2（低速模式）以便于从高速绕组切换到低速绕组的信号，并且是用于接通第一切换器61的SW1同时断开第二切换器62的SW2（高速模式）以便于从低速绕组切换到高速绕组的信号。

例如，基于速度判断部102的判断结果，当当前绕组是低速绕组时，绕组切换信号输出部107确定转速ω超过第二基准转速ωb的时间点以作为绕组切换时刻，并且当当前绕组是低速绕组时，确定转速ω低于第一基准转速ωa的时间点以作为绕组切换时刻。注意的是，绕组切换信号输出部107没有将当当前绕组是低速绕组时转速ω超过第一基准转速ωa的情况视为绕组切换时刻，并且没有将当当前绕组是高速绕组时转速ω低于第二基准转速ωb的情况视为绕组切换时刻。

另外，基于时间判断部106的判断结果，绕组切换信号输出部107将已经过去预定时间的时间点确定为绕组切换时刻。

（绕组切换信号生成器10的操作）

参考图7的流程图描述绕组切换信号生成器10的操作的示例。

首先，在步骤（下面简写为“S”）11，当前绕组判断部101判断当前绕组是否是低速绕组。当当前绕组是低速绕组（S11中为是）时，处理前进到S12。当当前绕组是高速绕组（S11中为否）时，处理前进到S22。在下面，为了描述的方便起见，分别描述当前绕组是低速绕组的情况以及当前绕组是高速绕组的情况。当前绕组是低速绕组的情况下的操作对应于图6中的情况2和4，并且当前绕组是高速绕组的情况下的操作是图6的情况1和3。

（低速绕组的情况）

在当前绕组是低速绕组（S11中为是）的情况下，速度判断部102判断转速ω是否高于第二基准转速ωb（S12）。当转速ω没有高于第二基准转速ωb（S12中为否）时，滞后区域判断部103判断转速ω是否处于滞后区域内（S13）。

当转速ω处于滞后区域内（S13中为是）时，绕组确定部104通过参考存储部104a中的表（例如，图5A）来确定最优绕组（S14）。相反地，当转速ω没有处于滞后区域内（S13中为否）时，处理返回到S12。

当在S14中确定了最优绕组时，绕组比较器105比较当前绕组（低速绕组）与最优绕组，并且判断绕组是否彼此不同（S15）。当当前绕组（低速绕组）不同于最优绕组（S15中为否）时，时间判断部106执行时间测量（S16）。相反地，当当前绕组（低速绕组）与最优绕组相同（S15中为是）时，处理返回到S12。

当当前绕组（低速绕组）不同于最优绕组时，时间判断部106执行时间测量（S16），并且判断当前转速ω处于滞后区域内并且当前绕组不同于最优绕组的状态是否持续了预定时间（S17）。注意的是，在S16中，时间判断部106对时间进行测量直到满足下述条件中的至少一个：（a）已经过去了预定时间的情况（S17中为是）；（b）转速ω超过第二基准转速ωb（S12中为是）的情况；（c）当前转速ω处于滞后区域之外（S13中为否）的情况；以及（d）当前绕组变为与最优绕组相同（S15中为是）的情况。

当已经过去了预定时间时（当测量时间值=预定时间时）（S17中为是），即，当当前转速ω处于滞后区域内并且当前绕组不同于最优绕组的状态已经持续了预定时间时，时间判断部106重置测量时间值（S18）。之后，绕组切换信号输出部107确定已经过去预定时间的时间点作为绕组切换时刻，并且将用于切换到高速绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101（S20）。相反地，当预定时间还没有过去时（当测量时间值＜预定时间时）（S17中为否），即，当在过去预定时间之前满足下述条件中的至少一个时，时间判断部106重置测量时间值（S19）并且然后处理返回到S12，其中，所述条件为转速ω超过第二基准转速ωb的情况、当前转速ω处于滞后区域之外的情况和当前绕组变为与最优绕组相同的情况。

注意的是，在S12中，当转速ω高于第二基准转速ωb（S12中为是）时，处理前进到S20。然后，绕组切换信号输出部107将转速ω超过第二基准转速ωb的时间点确定为绕组切换时刻，并且将用于切换到高速绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101。

（高速绕组的情况）

当当前绕组是高速绕组（S11中为否）时，速度判断部102判断转速ω是否低于第一基准转速ωa（S22）。当转速ω没有低于第一基准转速ωa（S22中为否）时，滞后区域判断部103判断转速ω是否处于滞后区域内（S23）。

当转速ω处于滞后区域内（S23中为是）时，绕组确定部104参考存储部104a中的表（例如，图5A）并且确定最优绕组（S24）。相反地，当转速ω没有处于滞后区域内（S23中为否）时，处理返回到S22。

当在S24中确定最优绕组时，绕组比较器105比较当前绕组（高速绕组）与最优绕组以判断绕组是否彼此不同（S25）。当当前绕组（高速绕组）不同于最优绕组（S25中为否）时，时间判断部106执行时间测量（S26）。相反地，当当前绕组（高速绕组）与最优绕组相同（S25中为是）时，处理返回到S22。

当当前绕组（高速绕组）不同于最优绕组时，时间判断部106执行时间测量（S26），并且判断当前转速ω处于滞后区域内并且当前绕组不同于最优绕组的状态是否已经持续了预定时间（S27）。注意的是，在S26中，时间判断部106对时间进行测量，直到满足下述情况（a）至（d）中的至少一个：（a）已经过去了预定时间的情况（S27中为是）；（b）转速ω低于第一基准转速ωa的情况（S22中为是）；（c）当前转速ω处于滞后区域之外的情况（S23中为否）；以及（d）当前绕组变为与最优绕组相同的情况（S25中为是）。

当已经过去了预定时间时（当测量时间值=预定时间时）（S27中为是），即，当当前转速ω处于滞后区域内并且当前绕组不同于最优绕组的状态已经持续了预定时间时，时间判断部106重置测量时间值（S28）。之后，绕组切换信号输出部107将已经过去了预定时间的时间点确定为绕组切换时刻，并且将用于切换到低速绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101（S30）。相反地，当预定时间还没有过去时（当测量时间值＜预定时间时）（S27中为否），即，当在预定时间过去之前满足下述条件中的至少一个时，时间判断部106重置测量时间值（S29），并且然后处理返回到S22，其中，所述条件为转速ω低于第一基准转速ωa的情况、当前转速ω处于滞后区域之外的情况以及当前绕组变为与最优绕组相同的情况。

注意的是，当在S22中转速ω低于第一基准转速ωa（S22中为是）时，处理前进到S30。然后，绕组切换信号输出部107将转速ω低于第一阈值基准转速ωa的时间点确定为绕组切换时刻，并且将用于切换到低速绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101。

接下来，参考图6的情况3的示例描述绕组切换信号生成器10的操作示例。图7是示出情况3中时间t与转速ω之间的关系的图。如图8中所示，转速ω在时间t0之后随着时间的流逝而增大，在时间ta超过第二基准转速ωb，在时间tb低于第二基准转速ωb，并且之后在滞后区域内变化。

图9是示出时间t与绕组装置之间的关系的图。在情况3中，转速ω在时间ta超过第二基准转速ωb（图7中的S12）（图8），并且输出用于切换到高速绕组的绕组切换信号（S20），使得当前绕组被切换到高速绕组（图9）。转速ω从时间ta到时间tb在高速绕组中变化。在时间tb，转速ω在滞后区域内变化（S11、S22和S23）（图8）。现在，在情况3中，如图5B的表中所示，低速绕组是最优绕组（S24）。由于当前绕组（高速绕组）与最优绕组（低速绕组）不同（S25），因此，在转速ω的滞后区域内对时间进行测量（S26）。然后，当转速ω处于滞后区域内并且当前绕组与最优绕组不同的状态已经持续了预定时间（tb至tc）（S27）（图8）时，在时间tc输出用于切换到低速绕组的绕组切换信号（S30）使得当前绕组被切换到低速绕组（图9）。

在图6的情况1、2和4中，输出绕组切换信号，从而通过与上述相同的处理切换绕组。

利用根据该实施方式的绕组切换信号生成器10的结构，即使当AC电动机40的转子的转速ω处于滞后区域内时，能够切换到最优绕组。因此，能够增强AC电动机40的能量效率。

（修改示例1）

图10是示出根据修改示例1的绕组切换信号生成器10的操作的示例的流程图。

在图7中所示的绕组切换信号生成器的操作中，当当前绕组是低速绕组并且转速ω没有高于第二基准转速ωb（S12）时，判断转速ω是否处于滞后区域内，从而确定最优绕组（S13）。相反地，在根据修改示例1的绕组切换信号生成器10中省略了该处理。

具体地，如图10中所示，当当前绕组是低速绕组（S11中为是）并且转速ω没有高于第二基准转速ωb（S12中为否）时，处理返回到用于判断处理的S12。相反地，当转速ω高于第二基准转速ωb（S12中为是）时，处理前进到S20。然后，绕组切换信号输出部107将转速ω超过第二基准转速ωb的时间点确定为绕组切换时刻，并且输出用于切换到高速绕组的绕组切换信号输出到绕组切换器60、常数切换器11和当前绕组判断部101。

修改示例1对于下述情况来说是特别有效的：当从低速切换到高速时，能够通过在滞后区域中始终使用低速绕组而获得更好的AC电动机40的能量效率。

（修改示例2）

在滞后区域中的AC电动机40的特性中，当低速绕组具有比高速绕组更高的能量效率时，绕组确定部104可以将低速绕组确定为滞后区域中的最优绕组。注意的是，在该结构中，优选的是，预先在表中存储低速绕组甚至在滞后区域中也不是最优的情况。因此，甚至在滞后区域中，也能够考虑能量效率而切换到高速绕组。

在上面的描述中，示例了基于AC电动机40的转子的转速ω和扭矩T确定最优绕组的方法。然而，确定最优绕组的方法不限于该方法。例如，能够在不考虑扭矩T的情况下基于转速ω确定最优绕组。图11A和图11B示出了用于基于当前绕组、转速ω和电源电压V确定最优绕组的表（图11A）和曲线（图11B）。注意的是，图11B中所示的曲线指示电源电压V例如是Vb的情况。在图11B的曲线中，与图6中所示的曲线不同的是，切换线S被设置为预定转速ωs。图11B示出了情况5至8作为AC电动机40的驱动方式的示例，其对应于图11A的表中的情况5至8。基于图11B的曲线准备图11A中的表。

在情况5中，驱动方式与图6的情况1中相同，并且高速绕组被确定为最优绕组。在情况6中，驱动方式与图6的情况2中相同，并且高速绕组被确定为最优绕组。在情况7中，驱动方式与图6的情况3中相同，并且低速绕组被确定为最优绕组。在情况8中，驱动方式与图6的情况4中相同，并且低速绕组被确定为最优绕组。

另外，如上所述，优选的是，考虑电源电压用于确定最优绕组。具体地，能够采用其中基于对应于电源电压V的值的曲线（参见图6和图11B）确定最优绕组的结构。例如，当电源电压为320V时，基于为320V准备的曲线确定最优绕组。当电源电压为360V时，基于为360V准备的曲线确定最优绕组。注意的是，当电源电压是340V时，能够根据用于320V的曲线和用于360V的曲线计算平均值以确定最优绕组。

（恒定输出控制器8的结构）

参考图12描述恒定输出控制器8的具体结构。图12是示出恒定输出控制器8的结构的框图。如图12中所示，恒定输出控制器8包括振幅计算器81、减法器82、PI控制器83、限制器84和滤波器85。

振幅计算器81基于从电流控制器3输出的d轴电压指令Vd_ref和q轴电压指令Vq_ref计算用于AC电动机40的电压指令的振幅值（电压振幅值），并且将计算出的振幅值作为电压反馈值Vfb输出到减法器82。

减法器82从限制电压指令减去电压反馈值Vfb并且将减法结果输出到PI控制器83。在该情况下，基于从电压检测器7输出的DC电压值确定限制电压指令。例如，限制电压指令可以是从电压检测器7输出的DC电压值本身或者可以是通过将DC电压值乘以预定系数获得的值。

PI控制器83对减法器82的减法结果执行包括P控制或I控制的控制并且进行操作使得电压反馈值Vfb没有超过限制电压指令。为了实现该目的，当输出为正值时，限制器84将PI控制器83的输出限制为零，并且，当输出为负值时，将PI控制器83的输出限制为预定值，以将结果输出到滤波器85。限制器84的输出值被作为恒定输出量Id_refc经由滤波器85输出到电流指令计算器2。注意的是，能够省略滤波器85以使得限制器84的输出为恒定输出量Id_refc。

（电流控制器3的结构）

参考图13描述电流控制器3的具体结构。图13是示出电流控制器3的结构的框图。如图13中所示，电流控制器3包括坐标转换器30、减法器31和32、q轴电流控制器33、d轴电流控制器34和坐标转换器37。

坐标转换器30使用转子的相位θ对从A/D转换器6输出的电流检测器6的检测值Iu_fb和Iv_fb进行坐标转换，并且生成电流反馈值Id_fb和Iq_fb。

减法器31是从电流指令计算器2输出的q轴电流指令Iq_ref减去q轴电流反馈值Iq_fb并且将减法结果输出到q轴电流控制器33的处理器。另外，减法器32是从电流指令计算器2输出的d轴电流指令Id_ref减去d轴电流反馈值Id_fb并且将减法结果输出到d轴电流控制器34的处理器。

q轴电流控制器33和d轴电流控制器34是分别将减法器31和减法器32的减法结果控制为零的控制器。q轴电流控制器33和d轴电流控制器34将电压指令Vd_ref和Vq_ref作为控制结果输出到坐标转换器39和恒定输出控制器8。

坐标转换器39是基于转子相位θ将电压指令Vd_ref和Vq_ref转换为U相、V相和W相电压指令Vu_ref、Vv_ref和Vw_ref并且将转换后的电压指令Vu_ref、Vv_ref和Vw_ref输出到PWM控制器4的处理器。

（电流指令计算器2的结构）

参考图14描述电流指令计算器2的具体结构。图14是示出电流指令计算器2的结构的框图。如图14中所示，电流指令计算器2包括q轴电流指令计算器21、最大效率控制器22和加法器23。

q轴电流指令计算器21是基于电枢磁链（Φ）、d轴电枢绕组电感值（Ld）和q轴电枢绕组电感值（Lq）计算q轴电流指令Iq_ref的处理器。

最大效率控制器22是基于扭矩电流转换系统（K）和关于作为垂直于主磁通（d轴）方向的方向矢量的q轴方向的电流相位（β）计算d轴电流指令Id_ref的处理器。由最大效率控制器22计算的d轴电流指令Id_ref被输出到加法器23。注意的是，上述K、β、Φ、Ld和Lq是从常数切换器11提供的电动机常数或控制参数。

加法器23是将从最大效率控制器22输出的d轴电流指令Id_ref与恒定输出量Id_refc相加的处理器。注意的是，恒定输出量Id_refc由恒定输出控制器8计算为使得电压指令（Vd_ref和Vq_ref）的值没有超过DC电压值，并且是d轴电流指令Id_ref的校正值。由加法器23计算的d轴电流指令Id_ref被输出到q轴电流指令计算器21。

以该方式计算的q轴电流指令Iq_ref和d轴电流指令Id_ref被输出到电流控制器3。

作为用于确定如上所述的最优绕组的扭矩T，示例了从扭矩指令生成器1输出的扭矩指令T。然而，能够使用根据诸如T=Φ·Iq+(Lq-Ld)·Id·Iq的计算等式确定的扭矩T。注意的是，计算等式不限于此，并且Id和Iq可以是电流指令值Id_ref和Iq——ref，或者可以是电流反馈值Id_fb和Iq_fb。

上述逆变器装置20可以具有下述结构。

逆变器装置20可以具有其中基于转速ω设置最优绕组的结构。因此，能够容易地确定最优绕组。

逆变器装置20可以具有其中基于转速ω和电源电压V设置最优绕组的结构。因此，能够确定对应于电源电压V的最优绕组。

逆变器装置20可以具有其中基于转速ω和扭矩T设置最优绕组的结构。因此，能够确定对应于扭矩T的最优绕组。

逆变器装置20可以具有下述结构。当转速ω是低速时选择低速绕组，并且当转速ω是高速时选择高速绕组。此外，当转速ω从低速改变到高速以进入滞后区域时，绕组切换信号输出部107没有输出绕组切换信号。相反地，当转速ω从高速改变为低速以进入滞后区域时，在当前绕组与最优绕组不同时，绕组切换信号输出部107输出绕组切换信号以将当前绕组切换到最优绕组。因此，低速区域能够通过低速绕组实现持续的驱动。

逆变器装置20可以具有下述结构。绕组切换信号生成器10包括时间判断部106，其用于判断转速ω处于滞后区域内并且当前绕组与最优绕组不同的状态是否持续了预定时间。当判断已经过去了预定时间时，绕组切换信号输出部107输出绕组切换信号以将当前绕组切换到最优绕组。因此，能够在以恒定速度继续运行时切换到最优绕组。

逆变器装置20可以具有下述结构，其中，绕组切换信号生成器10包括用于确定最优绕组的绕组确定部104，并且绕组确定部104将低速绕组和高速绕组中具有对应于转速ω的较高的AC电动机40的能量效率的一个确定为最优绕组。因此，能够增强AC电动机40的能量效率。

逆变器装置20可以具有下述结构。当转速ω为低速时选择低速绕组，并且当转速ω为高速时选择高速绕组。为第一切换时刻设置的转速ωa低于为第二切换时刻设置的转速ωb。当当前绕组为低速绕组时并且当转速ω超过为第二切换时刻设置的转速ωb时，绕组切换信号生成器10输出绕组切换信号以将当前绕组切换到高速绕组。相反地，当当前绕组是高速绕组时并且当转速ω低于为第一切换时刻设置的转速ωa时，绕组切换信号生成器10输出绕组切换信号以将当前绕组切换为低速绕组。因此，绕组切换特性能够具有滞后特性。

绕组确定部104可以具有下述结构，其中，参考表（例如，参见图5A、图5B和图11A）以确定低速绕组和高速绕组中使AC电动机40的能量效率变为最优的一个。因此，当使用具有不同电气特性的电动机时，适当地准备适合于该特性的表。换言之，AC电动机40不限于同步电动机，而是可以为诸如干涉电动机的另一电动机。

本领域技术人员应理解的是，根据设计要求和其它因素可以进行各种修改、组合、子组合和改变，只要其处于所附权利要求及其等效物的范围内。

Claims (10)

1.一种逆变器装置，所述逆变器装置连接到AC电动机的电枢绕组，并且被构造为控制所述AC电动机，所述逆变器装置的特征在于：

所述逆变器装置包括绕组切换信号生成器，所述绕组切换信号生成器被构造为将绕组切换信号输出到绕组切换器，其中所述绕组切换信号在基于所述AC电动机的转子的转速确定的第一绕组和第二绕组的切换时刻中具有滞后特性，所述绕组切换器被构造为切换所述电枢绕组的连接，使得所述电枢绕组的状态在所述第一绕组和所述第二绕组之间相互切换，

其中，所述绕组切换信号生成器包括：

滞后区域判断部，所述滞后区域判断部被构造为判断转速是否处于由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；

绕组比较器，所述绕组比较器被构造为，当转速处于所述滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及

绕组切换信号输出部，所述绕组切换信号输出部被构造为，当转速处于所述滞后区域内并且所述当前绕组不同于所述最优绕组时，输出所述绕组切换信号，使得所述当前绕组被切换到所述最优绕组。

2.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述最优绕组是基于所述转速设置的。

3.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述最优绕组是基于所述转速和将提供给所述逆变器装置的电源电压设置的。

4.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于，所述最优绕组是基于所述转速以及用于驱动所述AC电动机的扭矩指令和从所述AC电动机输出的扭矩中的一个设置的。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的逆变器装置，其特征在于：

当所述转速为低时选择所述第一绕组，并且当所述转速为高时选择所述第二绕组；

所述绕组切换信号输出部被构造为，避免在所述转速从低速变为高速而进入所述滞后区域时输出所述绕组切换信号；并且

所述绕组切换信号输出部被构造为，当所述转速从高速变为低速而进入所述滞后区域时，当所述当前绕组与所述最优绕组不同时，输出所述绕组切换信号以将所述当前绕组切换到所述最优绕组。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的逆变器装置，其特征在于：

所述绕组切换信号生成器进一步包括时间判断部，所述时间判断部被构造为判断所述转速处于所述滞后区域内并且所述当前绕组与所述最优绕组不同的状态是否持续了预定时间；并且

所述绕组切换信号输出部被构造为，当判断所述状态持续了预定时间时，输出所述绕组切换信号，使得所述当前绕组被切换到所述最优绕组。

7.根据权利要求2至4中的任一项所述的逆变器装置，其特征在于：

所述绕组切换信号生成器进一步包括被构造为确定所述最优绕组的绕组确定部；并且

所述绕组确定部被构造为将所述第一绕组和所述第二绕组中使得对应于所述转速的所述AC电动机的能量效率更高的一个确定为所述最优绕组。

8.根据权利要求1所述的逆变器装置，其特征在于：

当所述转速为低时选择所述第一绕组，并且当所述转速为高时选择所述第二绕组；

为所述第一切换时刻设置的转速小于为所述第二切换时刻设置的转速；

在所述当前绕组为所述第一绕组的情况下，当转速超过为所述第二切换时刻设置的转速时，所述绕组切换信号生成器被构造为输出所述绕组切换信号，使得所述当前绕组被切换到所述第二绕组；并且

在所述当前绕组为所述第二绕组的情况下，当转速低于为所述第一切换时刻设置的转速时，所述绕组切换信号生成器被构造为输出所述绕组切换信号，使得所述当前绕组被切换到所述第一绕组。

9.一种用于控制AC电动机的逆变器装置的控制方法，所述控制方法的特征在于包括：

判断所述AC电动机的转子的转速是否处于用于在第一绕组与第二绕组之间切换所述AC电动机的电枢绕组的状态的由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；

当转速处于所述滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及

当转速处于所述滞后区域内并且所述当前绕组不同于所述最优绕组时，向绕组切换器输出绕组切换信号，所述绕组切换器被构造为在所述第一绕组与所述第二绕组之间切换所述电枢绕组的状态，使得所述当前绕组被切换到所述最优绕组。

10.一种电动机驱动系统，所述电动机驱动系统的特征在于包括：

AC电动机；

逆变器装置，所述逆变器装置连接到所述AC电动机的电枢绕组并且被构造为控制所述AC电动机；以及

绕组切换器，所述绕组切换器被构造为切换所述电枢绕组的连接，其中：

所述逆变器装置包括绕组切换信号生成器，所述绕组切换信号生成器被构造为将绕组切换信号输出到所述绕组切换器，其中所述绕组切换信号在基于所述AC电动机的转子的转速确定的第一绕组和第二绕组的切换时刻中具有滞后特性，所述绕组切换器被构造为切换所述电枢绕组的连接，使得所述电枢绕组的状态在所述第一绕组和所述第二绕组之间相互切换；

所述绕组切换信号生成器包括：

滞后区域判断部，所述滞后区域判断部被构造为判断转速是否处于由第一切换时刻和第二切换时刻定义的滞后区域内；

绕组比较器，所述绕组比较器被构造为，当转速处于所述滞后区域内时，判断当前绕组是否与预先设置的最优绕组相同；以及

绕组切换信号输出部，所述绕组切换信号输出部被构造为，当转速处于所述滞后区域内并且所述当前绕组与所述最优绕组不同时，输出所述绕组切换信号，使得所述当前绕组被切换到所述最优绕组；并且

所述绕组切换器被构造为基于所述绕组切换信号将所述AC电动机的所述电枢绕组的状态切换到所述第一绕组与所述第二绕组中的一个。